富营养湖泊溶解性有机碳来源与循环的Δ14C-δ13C-NMR研究

Dissolved organic carbon (DOC) is important in substance circulation and energy flow in aquatic ecosystems, however, the sources and cycling of DOC in lacustrine systems, especially eutrophic lakes, are not well understood. Lake Dianchi, located in Yunnan Province, is selected as the study objects. Water, river, and sediment samples, which are separated into HMW-DOC, LMW hydrophilic DOC and LMW hydrophobic DOC, will be systematically collected and chemically analyzed to elucidate the spatio-temporal distributions and variations of Δ14C-δ13C values and biochemical compositions. The unique carbon isotope values and chemical compositions of various source endmembers of DOC will be analyzed, in combination with environmental parameters, to reveal the sources, transformation and controlling factors of DOC in Lake Dianchi. This results will provide robust scientific data for delineating the carbon cycling in lake system, furthermore, providing important theoretical basis for the development of the scientific prevention and treatment programs for lake eutrophication.

溶解性有机碳（DOC）对水生生态系统的物质循环和能量流动有重要影响，目前对富营养湖泊DOC的来源及迁移转化过程缺乏深入研究。本研究拟选取云南滇池作为研究对象，率先研究揭示湖泊水体不同组分DOC（HMW-DOC，亲水性LMW-DOC，疏水性LMW-DOC）的碳同位素组成和化学组成的时空变化特征。在此基础上，通过对各来源端元DOC碳同位素组成特征与化学组成特征对比分析，结合各类水环境参数变化特征，系统揭示富营养湖泊DOC的来源与生物地球化学循环过程，为精细刻画湖泊碳循环提供坚实的科学数据，为湖泊富营养化防治提供科学依据和理论指导。

湖泊是水生环境中碳转化和储存的活跃场所。溶解有机碳（DOC）是湖泊水体主要的有机碳库，不仅是水生生物的重要碳源，同时对生源要素、痕量金属元素、有机污染物的生物地球化学循环过程有重要影响。本研究选取不同营养类型的典型湖泊（滇池、抚仙湖）作为研究对象，建立了系统的DOC样品采集、前处理与分析测试方法，通过三维荧光光谱-Δ14C-δ13C联用技术手段，探究了分子量-年龄-化学组成对水体DOC的影响。在此基础上利用多端元同位素混合模型研究揭示了藻类、沉积物再悬浮、陆源输入对水体不同分子量DOC的平均贡献率。结果表明，（1）高原湖泊水体DOC以HMW-DOC为主。水体DOC进行区分分子量后，Bulk-DOC被掩盖的峰显现出来。不同营养类型湖泊水体有机质的化学组成相似，主要组分为类腐殖质和类蛋白质。腐殖化指数（HIX）、自生源指数（BIX）、荧光指数（FIX）指数结果表明，内源DOC主要分布在LMW-DOC中，而陆源DOC 相对集中在HMW-DOC中。夏季类蛋白质比例高于冬季。（2）水体Bulk-DOC的δ13C变化主要受光合作用影响；滇池冬季水体Bulk-DOC的Δ14C变化范围为-100‰～-44‰，抚仙湖冬季Bulk-DOC的Δ14C变化范围为-172‰～-145‰，DOC的Δ14C偏负说明有机质来源于湖泊初级生产以外的其他来源（外源）。LMW-DOC的Δ14C-δ13C较HMW-DOC更为偏负。（3）湖泊营养程度不同，DOC含量也存在差异。富营养湖泊水体DOC含量和荧光指标数值均高于寡营养湖泊，但化学组成均为类腐殖质物质和类蛋白质物质。由于富营养程度、受人类活动影响存在明显差异，来源的端元Δ14C-δ13C不同，水体Δ14C-δ13C存在显著差异。年龄上Bulk-DOC（最年轻）＞HMW-DOC＞LMW-DOC（最老）。以上研究结果为湖泊不同分子量DOC的循环提供更多信息，深化我们对湖泊DOC循环的进一步理解，丰富了我们对全球碳循环的认识，不仅为湖泊富营养化的防治提供了科学指导，而且为发展低碳经济，实现碳中和打下坚固的理论基础。